JP6672639B2

JP6672639B2 - 誘電体アンテナ

Info

Publication number: JP6672639B2
Application number: JP2015166543A
Authority: JP
Inventors: 久野　俊也; 俊也久野
Original assignee: Casio Computer Co Ltd
Current assignee: Casio Computer Co Ltd
Priority date: 2015-08-26
Filing date: 2015-08-26
Publication date: 2020-03-25
Anticipated expiration: 2035-08-26
Also published as: JP2017046134A; US10236583B2; CN106486750B; US20170062934A1; CN106486750A

Description

本発明は、誘電体アンテナに関する。

近年、ウェアラブル端末などの各種携帯機器の普及や、無線通信技術の著しい発達に伴い、その通信用のアンテナに対しては、小型化・高性能化をはじめとする要求が益々高まってきている。このような要求を満たし得るアンテナとしては、誘電体アンテナが好適に用いられてきており、関連する種々の技術が提案されている。

例えば特許文献１では、柔軟性を有するエラストマーに誘電性セラミックを配合したものを誘電体として用いることで、誘電体の高誘電率化と耐衝撃性の向上とを両立させる技術が提案されている。

特開２００６−１６４９１１号公報

しかしながら、柔軟性を有するエラストマーだけで構成された誘電体では、耐衝撃性に優れる一方で、この誘電体自体が変形しやすいという問題がある。誘電体が変形しやすいと、機器本体への固定が難しいうえに、この変形により共振周波数が変化し、ひいては受信感度が変化しやすくなってしまう。

本発明は、以上のような事情に鑑みてなされたものであり、耐衝撃性に優れ、受信感度が良好な誘電体アンテナの提供を目的とするものである。

前記課題を解決するために、本発明に係る誘電体アンテナは、
柔軟性を有するとともに誘電性セラミックス粉末が分散された誘電部を、当該誘電部よりも高硬度の基材に積層させてなる誘電体と、
前記誘電体に設けられた電極と、
を備え、
前記基材は、前記電極に接触する接続端子の接続領域に対応する位置に、積層された前記誘電部に向かって突設された突設部を有することを特徴とする。

本発明によれば、耐衝撃性に優れ、受信感度が良好な誘電体アンテナを提供することができる。

第一実施形態における誘電体アンテナの（ａ）表面側から見た斜視図、（ｂ）裏面側から見た斜視図、（ｃ）側面図である。図１（ａ）のII−II線での誘電体アンテナの断面図である。第二実施形態における誘電体アンテナを表面側から見た斜視図である。図３のIV−IV線での誘電体アンテナの断面図である。第二実施形態における誘電体アンテナの変形例を示す断面図である。第三実施形態における誘電体アンテナを表面側から見た斜視図である。図６のVII−VII線での誘電体アンテナの断面図である。第三実施形態における基材の変形例を示す正面図である。

以下、図面を参照しつつ、本発明に係る誘電体アンテナについて説明する。
なお、以下に述べる実施形態には、本発明を実施するために技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の範囲を以下の実施形態及び図示例に限定するものではない。

［第一実施形態］
まず、本発明の第一実施形態について説明する。
図１は、第一実施形態における誘電体アンテナ１を示す図であり、このうち（ａ）が表面側から見た斜視図、（ｂ）が裏面側から見た斜視図、（ｃ）が側面図である。また図２は、図１（ａ）のII−II線での誘電体アンテナ１の断面図である。
本第一実施形態における誘電体アンテナ１は、図示しない携帯機器に搭載されて所定周波数帯域の電波を送受信するものであり、図１及び図２に示すように、誘電体２と、２つの電極３とを備えて構成されている。

誘電体２は、矩形板状に形成されており、平板状の基材２１に、２つ（２層）の誘電部２２を積層させて構成されている。
このうち、基材２１は、２つの誘電部２２を支持する支持部材であり、高硬度の樹脂で構成されている。但し、この基材２１の硬度は、誘電部２２の硬度よりも高ければよい。また、基材２１は、非導電性樹脂で構成されていることが好ましい。

一方、２つの誘電部２２は、いずれも、柔軟性を有する樹脂またはゴムからなるエラストマーに、チタン酸化合物などの高誘電性セラミックス粉末を分散させた高誘電率のエラストマー組成物である。この誘電部２２は、インサート成形や二色成形、または接着などにより、基材２１の表裏両主面それぞれの全面に亘って一体的に積層されている。
そして、このような誘電部２２を備えることにより、誘電体２は、全体として所定の誘電率と所定レベル以下の誘電正接とを有するとともに、耐衝撃性に優れるものとなっている。

２つの電極３は、誘電体２の表裏両主面に設けられており、このうち、誘電体２の表面（つまり、表面側の誘電部２２の主面）上のものが放射用（給電用）電極３１、誘電体２の裏面（つまり、裏面側の誘電部２２の主面）上のものが接地用電極３２となっている。放射用電極３１は、誘電体２の表面のうち、周縁部を除くやや中央寄りの部分に所定面積に亘って設けられており、接地用電極３２は、誘電体２の裏面の略全面に亘って設けられている。
各電極３は、本実施形態では、銀ペーストを印刷した平面電極となっている。但し、当該電極３は、金属板の貼り付けやインサート成形、或いは金属膜のめっきや蒸着などによるものであってもよいし、所定のパターン状に形成されていてもよい。
これら２つの電極３は、図示は省略するが、半田付けされた接点や接続端子などを介して、機器本体の回路基板とそれぞれ電気的に接続されている。但し、半田付け等の加熱による接点の作成では、その熱によってエラストマーである誘電部２２を軟化・変質させてしまうおそれがあるため、接続端子を用いるなどの他の手法によることが望ましい。

以上のように、第一実施形態の誘電体アンテナ１によれば、誘電体２が、柔軟性を有するとともに誘電性セラミックス粉末が分散された誘電部２２を、当該誘電部２２よりも高硬度の基材２１に積層させて構成されている。
したがって、誘電体２に高誘電率と耐衝撃性とを具備させつつ、誘電体がエラストマーだけで構成されていた従来に比べて、当該誘電体２の変形を抑制することができ、ひいては受信感度を良好に保つことができる。

なお、誘電体２は、誘電部２２を２つ備えるものでなくともよく、基材２１に対して、少なくとも１つ（１層）の誘電部２２が積層されていればよい。
また、基材２１と誘電部２２とは、互いに同じ範囲（正面視での面積範囲）に亘って積層されていなくともよく、例えば誘電部２２が基材２１よりも広い範囲に亘って設けられていてもよいし、その逆であってもよい。但し、基材２１は、正面視で少なくとも２つの電極３を含む範囲に設けられていることが好ましい。

また、基材２１は、誘電部２２と同様に誘電性セラミック粉末を配合させるなどして、誘電率を高めたものとしてもよい。但し、誘電性セラミック粉末のフィラーとしての樹脂への配合は、一般に耐衝撃性の低下を伴うため、誘電部２２の支持部材としての基材２１の機能を損なわないように、少ない配合比率に抑えることが好ましい。

［第二実施形態］
続いて、本発明の第二実施形態について説明する。
なお、本第二実施形態は、誘電体中の基材の構成が上記第一実施形態と異なるものであるため、以下においては、主にこの異なる点について説明し、上記第一実施形態と同一の構成のものには同一の符号を付すなどして、その説明を省略する。

図３は、第二実施形態における誘電体アンテナ４を表面側から見た斜視図であり、図４は、図３のIV−IV線での誘電体アンテナ４の断面図である。
本第二実施形態における誘電体アンテナ４は、図３及び図４に示すように、上記第一実施形態における誘電体２に代えて誘電体５を備えており、この誘電体５に２つの電極３が設けられた構成となっている。
但し、誘電体アンテナ４では、２つの電極３が、正面視で互いに対応する（つまり、正面視で略一致する）各接点位置３ａにおいて、機器本体に設けられた２つの接続端子Ｔと個別に電気的に接続されるようになっている。これら２つの接続端子Ｔは、誘電体アンテナ４を厚さ方向に挟むように設けられるとともに、いずれもバネを内蔵した押圧式のものであり、誘電体アンテナ４を厚さ方向に押圧しつつ、対向する電極３と接触して電気的に接続される。

誘電体５は、略矩形板状に形成されており、略平板状の基材５１の表裏両主面に２つ（２層）の誘電部５２を積層させて構成されている。

このうち、基材５１は、上記第一実施形態における基材２１と同様に高硬度の樹脂で構成された支持部材であり、２つの誘電部５２側に向かって表裏両主面に突設された円柱状の２つの突設部５１１を有している。各突設部５１１は、電極３の接点位置３ａに対応する正面視位置に設けられており、電極３のうち接続端子Ｔに押圧される部分を裏側から支持して、この接続端子Ｔの押圧力による誘電体５の変形を抑制する。
また、基材５１は、誘電体５の両側方に延出する２つの固定部５１２を有している。各固定部５１２には、厚さ方向に貫通する貫通孔５１２ａが形成されており、この貫通孔５１２ａに挿通させたビスＳを機器本体に締結することにより、誘電体アンテナ４が機器本体に位置決め固定されるようになっている。なお、この固定部５１２は、基材５１のうち、誘電部５２が積層されていない部分であって、かつ電極３も設けられていない部分に設けられていればよい。
また、基材５１は、これら以外の点については、上記第一実施形態における基材２１と同様に構成されている。

２つの誘電部５２は、いずれも上記第一実施形態における誘電部２２と同様の高誘電率のエラストマー組成物であり、基材５１の表裏両主面のうち、２つの突設部５１１と２つの固定部５１２とを除く部分の全面に亘って一体的に積層されている。各誘電部５２は、同じ側の突設部５１１と略同じ高さに形成されて当該突設部５１１と表面または裏面が略面一となっている。そのため、電極３は、接点位置３ａでは、誘電部５２を介さずに基材５１の突設部５１１上に設けられている。
また、２つの誘電部５２は、これ以外の点については、上記第一実施形態における２つの誘電部２２と同様に構成されている。

以上のように、第二実施形態の誘電体アンテナ４によれば、上記第一実施形態と同様の効果を得ることができる。
すなわち、誘電体５が、柔軟性を有するとともに誘電性セラミックス粉末が分散された誘電部５２を、当該誘電部５２よりも高硬度の基材２１に積層させて構成されているので、誘電体５に高誘電率と耐衝撃性とを具備させつつ、誘電体がエラストマーだけで構成されていた従来に比べて、当該誘電体５の変形を抑制することができ、ひいては受信感度を良好に保つことができる。

また、基材５１は、電極３の接点位置３ａに対応する正面視位置に、誘電部５２側に向かって突設された突設部５１１を有している。
これにより、電極３のうち接続端子Ｔに押圧される部分を基材５１の突設部５１１で裏側から支持して、この接続端子Ｔの押圧力による誘電体５の変形を抑制することができる。

また、基材５１は、誘電部５２が積層されていない部分であって、かつ電極３も設けられていない部分に、誘電体アンテナ４を固定するための固定部５１２を有している。
これにより、機器本体に対して誘電体アンテナ４を容易に固定することができる。

なお、基材５１の各突設部５１１は、同じ側の誘電部５２と略同じ高さに形成されていなくともよく、電極３が設けられる誘電体５の表面（または裏面）近傍までの高さに突設されていればよい。つまり、図５（ａ）に示すように、各誘電部５２が突設部５１１よりも高くまで積層されて当該突設部５１１を覆っていてもよい。
また、図示は省略するが、２つの突設部５１１は、対応する接続端子Ｔの位置に応じて、表面側のものと裏面側のものとで正面視位置が異なっていてもよい。

また、いわゆる容量結合を用いることで、誘電体アンテナ４の表面または裏面のいずれか一方側から、放射用と接地用との２つの接続を得ることとしてもよい。
具体的には、図５（ｂ）に示すように、例えば誘電体アンテナ４の裏面側から２つの接続を得る場合には、誘電体アンテナ４の裏面に設けた電極３のうち、突設部５１１の範囲内の一部を他の部分とは独立させて設け、当該一部を放射用電極３２１とし、他の部分を接地用電極３２２とする。そして、放射用電極３２１が給電用の接続端子Ｔと接続され、接地用電極３２２が接地用の接続端子Ｔと接続されるようにする。このとき、２つの接続端子Ｔがいずれも突設部５１１の範囲内で放射用電極３２１及び接地用電極３２２と接触するように、必要に応じて突設部５１１を大きめに形成することが好ましい。
さらにこの場合、接続端子Ｔに押圧されない表裏いずれか一方側（図５（ｂ）では表面側）の突設部５１１は、設けられていなくともよい。

また、誘電体アンテナ４は、基材５１の２つの固定部５１２でビスＳにより締結固定されることとしたが、誘電体アンテナ４の固定方法はビス留めに限定されず、例えば両面テープを用いたものなどであってもよい。

［第三実施形態］
続いて、本発明の第三実施形態について説明する。
なお、本第三実施形態は、誘電体中の基材の構成が上記第一，第二実施形態と異なるものであるため、以下においては、主にこの異なる点について説明し、上記第一，第二実施形態と同一の構成のものには同一の符号を付すなどして、その説明を省略する。

図６は、第三実施形態における誘電体アンテナ６を表面側から見た斜視図であり、図７は、図６のVII−VII線での誘電体アンテナ６の断面図である。
本第三実施形態における誘電体アンテナ６は、図６及び図７に示すように、上記第二実施形態における誘電体５に代えて誘電体７を備えており、この誘電体７に２つの電極３が設けられた構成となっている。
また、誘電体アンテナ６では、上記第二実施形態における誘電体アンテナ４と同様に、２つの電極３が、正面視で互いに対応する各接点位置３ａにおいて、機器本体に設けられた押圧式の２つの接続端子Ｔと個別に電気的に接続されるようになっている。

誘電体７は、矩形板状に形成されており、基材７１と、誘電部７２とを備えて構成されている。

このうち、基材７１は、上記第一実施形態における基材２１と同様に高硬度の樹脂で構成された支持部材であり、誘電体７の厚さ方向に沿った略円柱状に形成されて、誘電体７のうち、電極３の接点位置３ａに対応する正面視位置に設けられている。この基材７１は、上記第二実施形態における基材５１の２つの突設部５１１と同様に構成されており、電極３のうち接続端子Ｔに押圧される部分を裏側から支持して、この接続端子Ｔの押圧力による誘電体アンテナ６の変形を抑制する。
また、基材７１には、外周面の中程の高さ位置に突設された突起７１１が、当該外周面の全周に亘って形成されている。この突起７１１は、基材７１と誘電部７２との結合性を向上させるためのものであり、基材７１が誘電部７２から脱落することを防止する。

誘電部７２は、上記第一実施形態における誘電部２２と同様の高誘電率のエラストマー組成物であり、誘電体７のうち、基材７１を除く部分（つまり、正面視で電極３の接点位置３ａ以外の部分）に設けられている。この誘電部７２は、インサート成形や二色成形、または接着などにより、基材７１と一体的に構成されている。また、誘電部７２は、基材７１と略同じ高さに形成されて当該基材７１と表裏両面が略面一となっている。そのため、電極３は、接点位置３ａでは、誘電部７２を介さずに基材７１上に設けられている。

以上のように、第三実施形態の誘電体アンテナ６によれば、基材７１が、電極３のうち接続端子Ｔに押圧される接点位置３ａに対応する正面視位置において、当該電極３を裏側から支持するように設けられているので、この接続端子Ｔの押圧力による誘電体５の変形を抑制することができる。
したがって、柔軟性を有するとともに誘電性セラミックス粉末が分散された誘電部７２により誘電体７に高誘電率と耐衝撃性を具備させつつ、受信感度を良好に保つことができる。

なお、本第三実施形態では、基材７１が、電極３のうち接続端子Ｔに押圧される部分のみを支持することとしたが、さらに誘電部７２を支持する部分を有していてもよい。
この場合には、例えば図８（ａ），（ｂ）に示すように、基材７１として、誘電部７２（誘電体７）の外形形状（図８（ａ）では円形、（ｂ）では矩形）に応じた形状の枠体部７１２と、電極３の接点位置３ａに対応する電極支持部７１４に連なりつつ枠体部７１２の内側に架設された梁部７１３とを有するものとする。誘電部７２は、枠体部７１２内の空間７１ａに設けられ、その外周縁が枠体部７１２及び梁部７１３に支持される。また、必要に応じて、上記第二実施形態のものと同様の固定部５１２を枠体部７１２に設けてもよい。
このように基材７１を構成することにより、接続端子Ｔの押圧力による誘電体５の変形を抑制しつつ、誘電部７２を好適に支持することができる。

また、本発明を適用可能な実施形態は、上述した第一〜第三実施形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能であることは言うまでもない。

以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、本発明の範囲は、上述の実施の形態に限定するものではなく、特許請求の範囲に記載された発明の範囲とその均等の範囲を含む。
以下に、この出願の願書に最初に添付した特許請求の範囲に記載した発明を付記する。付記に記載した請求項の項番は、この出願の願書に最初に添付した特許請求の範囲の通りである。
〔付記〕
＜請求項１＞
柔軟性を有するとともに誘電性セラミックス粉末が分散された誘電部を、当該誘電部よりも高硬度の基材に積層させてなる誘電体と、
前記誘電体に設けられた電極と、
を備えることを特徴とする誘電体アンテナ。
＜請求項２＞
前記基材が板状に形成され、
前記誘電部が前記基材の両面それぞれに積層されていることを特徴とする請求項１に記載の誘電体アンテナ。
＜請求項３＞
前記誘電部が樹脂またはゴムであることを特徴とする請求項１または２に記載の誘電体アンテナ。
＜請求項４＞
前記基材は、前記電極の所定の位置において前記誘電部側に突設された突設部を有することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の誘電体アンテナ。
＜請求項５＞
前記基材は、前記誘電部が積層されていない部分であって、かつ前記電極が設けられていない部分に、当該誘電体アンテナを固定するための固定部を有することを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の誘電体アンテナ。
＜請求項６＞
前記基材が非導電性樹脂であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の誘電体アンテナ。

１、４、６誘電体アンテナ
２、５、７誘電体
２１、５１、７１基材
５１１突設部
５１２固定部
２２、５２、７２誘電部
３電極
３１放射用電極
３２接地用電極
３ａ接点位置
Ｔ接続端子

Claims

柔軟性を有するとともに誘電性セラミックス粉末が分散された誘電部を、当該誘電部よりも高硬度の基材に積層させてなる誘電体と、
前記誘電体に設けられた電極と、
を備え、
前記基材は、前記電極に接触する接続端子の接続領域に対応する位置に、積層された前記誘電部に向かって突設された突設部を有することを特徴とする誘電体アンテナ。
前記基材が板状に形成され、
前記誘電部が前記基材の両面それぞれに積層されていることを特徴とする請求項１に記載の誘電体アンテナ。
前記誘電部が樹脂またはゴムであることを特徴とする請求項１または２に記載の誘電体アンテナ。
前記突設部は前記基材の全周に沿って形成されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の誘電体アンテナ。
前記基材は、前記誘電部が積層されていない部分であって、かつ前記電極が設けられていない部分に、当該誘電体アンテナを固定するための固定部を有することを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の誘電体アンテナ。
前記基材が非導電性樹脂であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の誘電体アンテナ。